सामग्रीची ओळख: निसर्ग आणि गुणधर्म (भाग 1: सामग्रीची रचना)

प्रा.आशिष गर्ग

भौतिक विज्ञान आणि अभियांत्रिकी विभाग

इंडियन इन्स्टिट्यूट ऑफ टेक्नॉलॉजी, कानपूर

व्याख्यान - ०१

भौतिक उत्क्रांती

आम्ही सामग्रीच्या स्वरूप आणि गुणधर्मांवर हा नवीन अभ्यासक्रम सुरू करू आणि आम्ही या विशिष्ट अभ्यासक्रमाचे पहिले मॉड्यूल सुरू करू, जे सामग्रीच्या रचनेवर आधारित आहे. म्हणून, मी आशिष गर्ग आहे आणि मी आयआयटी कानपूर येथील भौतिक विज्ञान आणि अभियांत्रिकी विभागात प्राध्यापक आहे आणि जर कोणी माझ्याशी संपर्क साधण्याची गरज असेल तर माझ्या संपर्क तपशीलांचे अनुसरण करतो. तर, कोर्सच्या रूपरेषेनुसार आणि हा अभ्यासक्रम जवळजवळ सर्व पार्श्वभूमीच्या यूजी आणि पीजी विद्यार्थ्यांसाठी उपयुक्त आहे, अगदी धातुकर्म अभियांत्रिकीमध्ये साहित्याचा अभ्यास करणार् यांसाठीदेखील.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ००:५२)

या अभ्यासक्रमासाठी शिफारस केलेल्या वाचन साहित्यात तीन पुस्तकांची यादी करण्यात आली आहे, पहिले पुस्तक प्रा. व्ही. राघवन यांचे पुस्तक, जे मटेरियल सायन्स इंजिनिअरिंग आहे, दुसरे चांगले पुस्तक कॅलिस्टर यांचे आहे, जे भौतिक विज्ञान अभियांत्रिकी आहे. हे एक परिचयात्मक पुस्तक आहे आणि तिसरे पुस्तक जॉन वुल्फ यांचे आहे, म्हणजे विलीयांनी सामग्रीची रचना आणि गुणधर्म, पहिला खंड सामग्रीच्या रचनेशी संबंधित आहे. तर, जर एखाद्याला तपशीलात जायचे असेल तर ते एक उत्कृष्ट पुस्तक आहे. तर, आपण पाहू या की आपल्या सर्वांना हे का माहित आहे की साहित्य आवश्यक आहे, आपल्या संस्कृतींनादेखील ब्राँझ वय, पाषाण वय, लोहयुग यांसारख्या साहित्याच्या नावावरून ठेवले जाते आणि सध्या आपण सिलिकॉन युगात किंवा इलेक्ट्रॉनिक्स युगात आहोत.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ०१:५७)

म्हणून, आपल्याला माहित आहे की जर आपण आमच्या पूर्वजांकडे परत गेलात तर साहित्य खूप महत्वाचे आहे, ते पूर्वी दगडांचा वापर करत होते. मग त्यांनी साहित्याचा शोध लावायला सुरुवात केली आणि विचित्र मौल्यवान धातू अनेक साहित्यांसमोर आले आणि त्यानंतर ब्राँझ आणि पितळेसारख्या तांब्यावर आधारित मिश्रधातूंचा विकास झाला. सिंधू खोऱ्याच्या संस्कृतीत ब्राँझ आणि पितळे चा वापर केला जात असे. मग लोखंडाच्या आगमनामुळे मानवांना भरीव फायदे झाले कारण लोखंड हे एक मजबूत साहित्य होते. याचा वापर केवळ युद्धातच नव्हे तर इतर अनेक व्यावहारिक गोष्टींमध्येही केला जाऊ शकतो. यामुळे दगड आणि इतर वस्तूंच्या तुलनेत शिकार करणे सोपे झाले. गेल्या २०० वर्षांपासून सिलिकॉनवर आधारित तंत्रज्ञानाच्या शोधांच्या आगमनामुळे इलेक्ट्रॉनिक्स किंवा विजेचा विकास झाला आणि ज्यामुळे आपण सिलिकॉन-आधारित सर्व तांत्रिक उपकरणांचा वापर करत आहोत.

तर, साहित्य आपल्यासाठी खूप महत्वाचे आहे आणि म्हणूनच साहित्याच्या विज्ञान आणि अभियांत्रिकीचा अभ्यास करणे महत्वाचे आहे. तर, हा अभ्यासक्रम एक परिचयात्मक मार्ग आहे आणि आम्ही साहित्याच्या मूलभूत गोष्टींबद्दल बोलू, ज्यामुळे आपल्याला या शिस्तीत आणखी पुढे जाण्यास मदत होईल.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: ०३:५४)

इ.स.पू.१०,००० मध्ये तो माणूस दगड, स्ट्रॉ ब्रेक, लाकडाची कातडी यांसारख्या गोष्टींचा वापर करत होता. आश्चर्याची गोष्ट म्हणजे सोने अगदी लवकर आले. आणि मग इ.स.पू.५००० नंतर एका माणसाने मातीच्या भांड्यांचा विकास सुरू केला, जो सिरॅमिक, चष्मा आणि संमिश्रांवर आधारित होता, पेपरमध्ये वापरला जात असे. उदाहरणार्थ, पॉलिमर आणि इलास्टोमर वापरले जात होते. आणि मग कॉपर, ब्राँझ आणि आयर्न, ते इतर विविध संस्कृतींमध्ये सिंधू खोऱ्याच्या सभ्यतेसमोर आले. मग लोहयुग, जे लोहाच्या आगमनामुळे धातूंचा वापर वाढवते आणि नंतर त्याच वेळी आणि सिमेंट कारखान्यांच्या रूपात सिरॅमिक आणि चष्म्यासारख्या गोष्टींचा वापर करत राहिले, कारण त्यांना घरे आणि हवेली आणि महाल इत्यादी बांधणे आवश्यक होते.

शिवाय, १९०० च्या दशकात आपण खाली जात असताना लोखंडाने लोखंड टाकण्याचा मार्ग दिला आणि त्यानंतर पोलाद. पोलाद हे केवळ लोहाच्या तुलनेत एक चांगले साहित्य आहे आणि नंतर मिश्रधातूच्या पोलादांचा विकास, ज्यामुळे खरे तर पोलाद सुधारले. तर, हे पोलादाचे वय आहे जे एखाद्याला दिसू शकते. आता पोलाद खूप चांगले होते, पण त्या माणसाने इतर साहित्याचा शोध लावला जो त्याहूनही हलका आणि मजबूत आहे. तर, तिथेच अॅल्युमिनियम मिश्रधातू, टिटॅनियम मिश्रधातू, झिरकोनियम मिश्रधातू यांसारखे साहित्य चित्रात आले.

१९६० च्या दशकात हा वक्र वरच्या दिशेने जाऊ लागतो, याचा अर्थ धातू हळूहळू त्यांच्या डोमेनमध्ये आकुंचन पावत आहेत आणि इतर पदार्थांचा विस्तार होऊ लागतो. शिवाय, पुरुषांनी ही बरीच सिंथेटिक पॉलिमर विकसित करण्यास सुरवात केली आणि हे सिंथेटिक पॉलिमर अनुप्रयोगांच्या श्रेणीला जन्म देतात, जे पॉलिमर-आधारित आहेत कारण पॉलिमर हे एक हलके साहित्य आहे. आणि मग दगड मिसळून आणि सिरॅमिक आणि पॉलिमर किंवा धातू आणि पॉलिमर आणि धातू आणि सिरॅमिक यांचे मिश्रण करून, लोकांनी हे संमिश्र बनवले ज्यात वेगवेगळे गुणधर्म होते, जे धातू आणि सिरॅमिक या दोन्हींच्या गुणधर्मांना तडजोड करतात. तर, हे त्या दोघांचे मिश्रण आहे. तर, आपण पाहू शकता की साहित्याचे क्षेत्र वेळेचे कार्य म्हणून नाट्यमयरित्या बदलले आहे आणि आज, उदाहरणार्थ, १९५० च्या दशकात कुठेतरी, आपण असे म्हणू या की व्हॅक्यूम तंत्रज्ञान, प्रक्रिया तंत्रज्ञानात आगमन सिलिकॉनच्या उत्पादनाला मार्ग देते.

आज आपण सिलिकॉनच्या युगात उभे आहोत आणि कदाचित आज रेण्वीय अभियांत्रिकीचे वयदेखील आहे कारण आपण साहित्य ाकडे पाहत आहोत आणि आण्विक प्रमाणात साहित्य वापरत आहोत, अतिशय पातळ चित्रपट, ग्रॅफिनसारख्या २ डी संरचना. आपण असे म्हणू शकतो की आपण साहित्याच्या पूर्णपणे वेगळ्या युगाच्या युगात उभे आहोत, जे पूर्वी च्या पेक्षा खूप वेगळे आहे.

म्हणून, जर आपण या साहित्याचे वर्गीकरण केले, जे बहुतेक अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांसाठी वापरले जातात, तर अशा काही श्रेणी आहेत ज्यात आपण वर्गीकरण करू शकतो. तर, पहिली अर्थातच आपल्या मनात येते ती धातू आणि मिश्रधातू.

(स्लाइड टाइम संदर्भित करा: ०७:३६)

धातू आणि मिश्रधातूंमध्ये, उदाहरणार्थ, तांबे धातू आणि पितळेचे असते, जे तांबे आणि झिंकचे मिश्रधातू आहे. आपल्याकडे लोह आणि कार्बन मिश्रधातू असू शकतात, जे पोलाद आणि कास्ट इस्त्रीशिवाय काहीही नाही. तर, तांबे, निकेल, लोह, झिरकोनियम, टिटॅनियम, अॅल्युमिनियम इत्यादी काहीही, हे सर्व धातू आहेत आणि आपण त्यांचे विविध घटकांमध्ये मिश्रण करून त्यांचे मिश्रधातू बनवू शकता आणि त्यांचे उत्कृष्ट गुणधर्म आहेत. धातू सामान्यत: खूप डक्टिल असतात आणि ते वाजवीपणे मजबूत देखील असतात आणि ते कमी तापमानापासून उच्च तापमानापर्यंत सुरू होणाऱ्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जाऊ शकतात. तसेच धातू विद्युत आणि औष्णिक रित्या चालवत आहेत; म्हणूनच आपल्या जगात धातूंचा मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो. उदाहरणार्थ, अॅल्युमिनियम ऑक्साइड, सिलिकॉन ऑक्साइड, सिलिकॉन कार्बाइड, मॅग्नेशियम ऑक्साइड, टिटॅनियम ऑक्साइड आणि हे सर्व ऑक्साइड, निटराइड्स, कार्बाइड्स या पदार्थांची दुसरी श्रेणी मुळात सिरॅमिक असते. सिरॅमिक धातूंपेक्षा वेगळे असतात कारण ते अधिक ठिसूळ असतात परंतु खूप मजबूत असतात; त्यांच्याकडे उच्च शक्ती किंवा उच्च मोड्युलस आहेत. म्हणून, जर तुम्ही त्यांना लोडिंगवर परिणाम करत असाल, उदाहरणार्थ, जर तुम्ही काचेच्या कपमध्ये चहा पीत असाल, तर तुम्हाला माहित आहे की जर ते तुटले तर ते विस्कळीत होते तर धातू तसे करत नाही. तर, याचा अर्थ तो ठिसूळ आहे. तथापि, असे काही अनुप्रयोग आहेत ज्यात सिरॅमिक महत्वाचे आहेत कारण सिरॅमिक उच्च तापमानाचे साहित्य आहेत आणि त्यांचा कमी गुणांक औष्णिक विस्तार देखील आहे, म्हणून, सिरॅमिक चा वापर पुनर्फ्रॅक्टरी, विटा आणि भट्ट्यांसाठी केला जातो. साधने कापण्यासाठी सिरॅमिक खूप महत्वाचे आहेत आणि तेथे ते खूप महत्वाचे असू शकतील म्हणून त्यांच्यात उच्च कठोरता देखील आहे.

दुसरीकडे, धातूंचा वापर सामान्यत: पूल, घरे, रॉड्स, ऑटोमोबाईल्स, मजबूत, डक्टिल आणि कठीण असे संरचनात्मक साहित्य म्हणून केला जातो.

तिसरी श्रेणी पॉलिमर आहे, जी हलकी सामग्री आहे. त्यांच्याकडे कमी लवचिक मॉड्युल्स असतात. तथापि, ते खूप लवचिक आहेत आणि आपण अत्यंत पातळ संरचना, त्यापैकी खूप हलक्या रचना बनवू शकता, त्यात बहुतेक कार्बन, नायट्रोजन, ऑक्सिजन इत्यादी प्रकाश घटक असतात. तर, उदाहरणे पॉलिथिलीन असू शकतात, जी आपण दररोज वापरत असलेल्या प्लास्टिक पिशवीप्रमाणे वापरली जाते. पीव्हीसी म्हणजे पॉलिविनाइल क्लोराइड, जे डक्टिंग, पाइपिंगसाठी वापरले जाते आणि ते एक मजबूत साहित्य आहे, परंतु ते हलके आहे आणि ते कॉर्रोड होत नाही. तर, पॉलिमरचा आणखी एक फायदा असा आहे की ते गंजत नाहीत. तर, उदाहरणार्थ, धातूंनी धातूचा पाईप बनवला आणि तुमचा रानटी फ्लश त्यांच्यामधून गेला, तर ते कॉर्रोड झाले, परंतु पॉलिमर कॉर्रोड होत नाहीत.

तर, पॉलिमर हलके असतात, बनवणे सोपे असते, कॉर्रोड होत नाहीत आणि त्यांची किंमत कमी असते. अनेक सिलिकॉनविविध प्रकारच्या अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात; इलास्टोमरमधील हे पॉलिमर धातू आणि सिरॅमिकपेक्षा खूप वेगळे असलेल्या पदार्थांचा आणखी एक वर्ग आहेत, या अर्थाने की ते इतके मजबूत नाहीत. तथापि, त्यांच्याकडे एक प्रकाश आहे, त्यांच्यात उच्च लवचिकता आहे आणि ते खूप कठीण आहेत. तर, धातू आणि सिरॅमिकच्या उच्च तापमानाच्या प्रक्रियेत न जाता आपण त्यांच्याकडून गोष्टी सहजपणे बनवू शकता.

तर, पॉलिमरमुळे आपले जीवन सोपे झाले आहे; उदाहरणार्थ, प्लास्टिकच्या पिशवीमुळे आपले जीवन अधिक आरामदायक बनले आहे. मग पदार्थांच्या चौथ्या वर्गाला संमिश्र, संकरित पदार्थ म्हणतात, जे वरीलमिश्रण आहेत. तर, आपण धातू मिसळू शकता आणि सिरॅमिक धातूमॅट्रिक्स संमिश्र बनवते. तर, आपण धातू आणि सिरॅमिक या दोन्हींच्या गुणधर्मांचा वापर करता. त्याचप्रमाणे पॉलिमर आणि सिरॅमिक मिसळल्यावर तुम्ही पॉलिमर मॅट्रिक्स कम्पोझिट बनवू शकता. तर, आपण पॉलिमर तसेच सिरॅमिकचा फायदा वापरता. शिवाय तुम्ही धातूतही पॉलिमर मिसळू शकता.

तर, या वेगवेगळ्या साहित्याच्या दोन किंवा तीन वर्गांचे संयोजन संमिश्र देईल आणि त्यांचे फायदे आहेत. उदाहरणार्थ, आज आपल्याकडे असलेले टेनिस रॅकेट एक संमिश्र आहेत आणि बरेच भाग आणि ऑटोमोटिव्ह अनुप्रयोग किंवा विमानअनुप्रयोग, जिथे आपल्याला उच्च विशिष्ट शक्ती किंवा उच्च विशिष्ट मोड्युलसची आवश्यकता असेल, तेथे आपण संमिश्र वापरण्यास प्राबल्य आहात. कारण कंपोझिटमध्ये प्रति युनिट वजन जास्त शक्ती असते, त्याचप्रमाणे त्यांचे प्रति युनिट वजन जास्त असते आणि काही अनुप्रयोगांमध्ये तेच उपयुक्त आहे. तर, हे काही अनुप्रयोग आहेत जे आपण पाहू शकता, गोष्टी धारण करण्यासाठी प्लायर म्हणजे आपण पाहू शकता की याचे डोके धातूपासून बनलेले आहे कारण ते मजबूत असले पाहिजे, ते ठिसूळ असू नये, परंतु यामुळे आपल्याला चांगली पकड मिळायला हवी, ते मिळू नये.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: १२:१२)

तर, ते पोलादाचे बनलेले आहे, परंतु आपण पूल तयार करण्यासाठी वापरत असलेल्या धातूंचे इतर बरेच अनुप्रयोग आहेत, त्यांचा वापर बांधकाम साहित्य म्हणून केला जातो, कारचे बरेच भाग आहेत आणि कार स्टील, अॅल्युमिनियम, तांबे सारख्या धातूंनी बनलेल्या आहेत.

सिरॅमिक आपण येथे तो सिरॅमिक तुकडा पाहू शकता पांढरा तुकडा, जो मुळात इन्सुलेटर आहे, सिरॅमिक इन्सुलेटर आहेत. तर, हे आपल्याला स्पार्क प्लग म्हणू देण्याच्या भागांना इन्सुलेट करते आणि सिरॅमिक देखील थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल इन्सुलेटर आहेत. तर, ते सामान्य विद्युतपासून इन्सुलेशन देखील प्रदान करतात. तर, उदाहरणार्थ, विद्युत ध्रुवांवर, आपल्याला पांढरे सिरॅमिक तुकडे दिसतात; ते सिरॅमिक इन्सुलेटरशिवाय दुसरे काही नाहीत.

मुग, प्लास्टिक पिशव्या, पाईप इत्यादी बनवण्यासाठी पॉलिमरचा वापर केला जातो. बर् याच वैद्यकीय उपकरणे पॉलिमरपासून बनलेली असतात. उदाहरणार्थ, विविध कारणांमुळे इलास्टोमर्सना वेगवेगळ्या क्लबमध्ये ठेवले जाते, आम्ही नंतर समजावून सांगू. चष्मा सामान्यत: पारदर्शक असतो. आणि या दरम्यान आपण पाहू शकता की संकर, उदाहरणार्थ, टेनिस रॅकेट, एअरलाइन्स, विमानांचे घटक, ऑटोमोटिव्ह घटक हे सर्व या सामग्रीचे मिश्रण करून ते हलके तरीही मजबूत करण्यासाठी बनवले जातात.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: १४:०१)

मी तुम्हाला आधी समजावून सांगितल्याप्रमाणे हे काही अनुप्रयोग आहेत. थोडक्यात सांगायचं झालं तर सिरॅमिकमध्ये उच्च ताठरपणा, उच्च लवचिक मॉड्युलस, कठोर, उच्च घर्षण प्रतिकार, उच्च तापमानाची चांगली ताकद असते, याचा अर्थ ते उच्च तापमानापर्यंत, 1000 पेक्षा जास्त तापमानापर्यंत आपली शक्ती ठेवतात ⁰इ. त्यांचा गंजण्यांचा प्रतिकार बऱ्यापैकी चांगला असतो, पण ते ठिसूळ असतात; सिरॅमिकमधील ही एक मोठी समस्या आहे कारण ते कोणताही धक्का शोषून घेऊ शकत नाहीत. तर, दुसरीकडे चष्मा कठीण, गंजरोधक, विद्युतरोधक, पारदर्शक आहे. तर, हे चष्म्याचे काही चांगले गुणधर्म आहेत, सिरॅमिकमध्ये आपल्याकडे असलेल्या गुणधर्मांसारखेच आहेत, परंतु ते ठिसूळदेखील आहेत. तर, ही पुन्हा चष्म्याची समस्या आहे.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: १४:५०)

पॉलिमरची घनता कमी असते; ते हलके आहेत कारण ते कार्बन, नायट्रोजन, ऑक्सिजन आणि हायड्रोजन सारख्या प्रकाश घटकांनी बनलेले आहेत. मोल्डिंगसारख्या प्रक्रिया त्यांना सहज आकार देऊ शकतात आणि प्रत्येक युनिट वजनात त्यांची शक्ती जास्त असते. त्यामुळे त्यांची ताकद फारशी जास्त नाही, पण घनतेचा दृष्टीकोन पाहिला तर ते खूप मजबूत असतात. त्यांच्यात ताठरपणा नसतो, याचा अर्थ त्यांच्याकडे कमी लवचिक मॉड्युल्स असतात, परंतु ते खूप लवचिक असतात, आपण मोठ्या ताणांवर प्लास्टिकची कामे करू शकता. तर, ते मोठ्या ताणांचा सामना करू शकतात. तथापि, त्यांचे गुणधर्म तापमानावर अत्यंत संवेदनशील आहेत, कारण ते तापमानाने मऊ झाले आहेत, त्यांचे वितळण्याचे बिंदू कमी आहेत. तर, प्लास्टिकचा वापर सामान्यत: अनुप्रयोगांसाठी केला जात नाही, जेथे आपल्याला उच्च तापमानाच्या अधीन सामग्रीचा विषय करावा लागतो. तर, प्लास्टिक सामान्यत: 50 किंवा 100 पेक्षा कमी तापमानासाठी योग्य आहे ^ओपॉलिमरच्या प्रकारानुसार सी.

एलास्टोमर हा पॉलिमरचा चुलत भाऊ आहे. त्यात ताठरपणाचा अभाव आहे आणि त्यात धातूंपेक्षा अनेक पट कमी मोड्युल्स आहेत, मुळात रबर, ताणल्यानंतर त्याचा आकार टिकवून ठेवण्याची ही अद्भुत क्षमता आहे, आपण रबर किंवा इलास्टोमरला खूप मोठे ताण देऊ शकता. शिवाय, पॉलिमरच्या तुलनेत ते तुलनेने मजबूत आणि कठोर आहेत. तर, जेथे आपल्याला मजबूत पॉलिमरची आवश्यकता असेल तेथे अशाच प्रकारचे अनुप्रयोग, आपण इलास्टोमर वापरता. तथापि, पॉलिमर आणि इलास्टोमर मधील एक फरक म्हणजे पॉलिमर वितळवले जाऊ शकतात आणि पुन्हा वापरले जाऊ शकतात, परंतु इलास्टोमर वितळवता येत नाही. तर, सामान्यत: एक इलास्टोमर विघटित होतो तर पॉलिमर विघटित होत नाही.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: १६:३४)

आणि मग आपण धातू आणि संकरित, धातूंकडे येतो ते खूप कठीण असतात, त्यांना उच्च फ्रॅक्चर कणखरता असते, हा के नावाचा पॅरामीटर आहे_आयसीजो फ्रॅक्चर टफनेसचा प्रतिनिधी आहे. त्यांच्यात उच्च ताठरपणा, उच्च लवचिक मोड्युलस, रचना आणि प्रक्रियेनुसार खूप डक्टिल असतात. धातू काय बनवलेला आहे किंवा तो लोह-आधारित, अॅल्युमिनियम-आधारित, तांबे-आधारित असो किंवा निकेल-आधारित असो? ते तुम्हाला शक्ती देऊ शकतात, जे रचना आणि प्रक्रियेनुसार ५० एमपीए ते १००० एमपीए पर्यंत खूप जास्त आहे. तर, धातू असणे खूप चांगले आहे कारण आपण आपल्याला काय हवे आहे यावर अवलंबून त्याची मालमत्ता तयार करू शकता - ज्यावर अवलंबून आहे आणि ज्याची रचना आणि प्रक्रिया परिस्थिती बदलून भिन्न असू शकते. ते सामान्यत: थर्मल आणि विद्युत वाहक असतात; म्हणूनच जेथे आपल्याला उच्च विद्युत वाहकता आणि उच्च औष्णिक आचरणाची आवश्यकता असेल तेथे ते अनुप्रयोगांमध्ये वापरले जातात. तथापि, बहुतेक धातू प्रतिक्रियाशील असतात; ते ऑक्सिडाइज करण्याकडे कल करतात किंवा पर्यावरणाशी प्रतिक्रिया देतात आणि म्हणूनच बहुतेक धातूंचा गंजकमी प्रतिकार होतो.

तर, जेथे ते वातावरण आक्रमक असेल, क्षारमय वातावरण असेल किंवा तुमच्याकडे गाळ असतील, तेथे आपण त्यांना धातूपासून बाहेर काढू शकत नाही कारण ते वेळेचे कार्य म्हणून कॉर्रोड होतील. तर, ही धातूची कमतरता आहे. आणि मग आपल्याकडे संकर आहे, धातूंबद्दल आणखी एक गोष्ट सामान्यत: जड असते, फक्त अॅल्युमिनियम वगळता, टिटॅनियम बहुतेक धातू जड असतात. लोखंडाची घनता सुमारे ८ असते आणि सोने खूप जड असते, चांदीदेखील जड असते, निकेल जड असते, हे सर्व धातू किंवा मी ज्या अभियांत्रिकी धातूंबद्दल बोलत आहे त्यातील बहुतेक धातू जड असतात. तांबे, अॅल्युमिनियम, टिटॅनियम आणि मॅग्नेशियम वगळता बहुतेक अभियांत्रिकी धातू जड असतात आणि धातू आपण बनवल्यावर सामान्यत: वितळण्याच्या मार्गाने बनवले जातात.

मग आमच्याकडे संकर आहे, जे महाग असतात कारण आपल्याला वेगवेगळ्या वर्गांचे साहित्य मिसळून विशिष्ट पद्धतीने प्रक्रिया करावी लागते. आपण वेगवेगळे साहित्य वापरत असल्याने ते आकार देणे आणि सामील होणे फारसे सोपे नाही कारण धातूंमध्ये भिन्न जॉइनिंग वैशिष्ट्ये सिरॅमिक आहेत, त्यांच्यात भिन्न जॉइनिंग वैशिष्ट्ये आहेत, पॉलिमरची भिन्न जॉइनिंग वैशिष्ट्ये आहेत आणि ते सर्व वेगवेगळ्या तापमानावर प्रक्रिया करीत आहेत परिणामी संमिश्रातून पॉलिमरमधून चांगला आकार देणे आणि त्यात सामील होणे खूप कठीण आहे. तर, संकरित ांच्या बाबतीत प्रक्रिया थोडी कठीण आहे. तथापि, आपण सामग्रीच्या संयोजनावर अवलंबून खूप चांगले गुणधर्म साध्य करू शकता. उदाहरणार्थ, टेनिस रॅकेटमध्ये टेनिस रॅकेटमध्ये तुम्हाला काय आवश्यक आहे? ते हलके असले पाहिजे; ते मजबूत असले पाहिजे आणि ते मिळू नये. त्यामुळे जेव्हा टेनिस रॅकेट धडकते, तेव्हा ते कायमस्वरूपी माहिती न देता किंवा ब्रेक न करता थोडे फ्लेक्स करू शकले पाहिजे. तर, ते संमिश्र बनवून साध्य केले जाते, जे आपल्याला पॉलिमर कार्बन संमिश्र म्हणू देते.

म्हणून, आपण काय मिसळता आणि आपण कसे मिसळता आणि कोणत्या प्रकारचे आकार आणि आकार ाचे साहित्य आहे यावर अवलंबून, आपण त्यांच्या गुणधर्मांना मोठ्या प्रमाणात तयार करू शकता. तर, ते सामान्यत: आपल्याला उच्च विशिष्ट शक्ती किंवा मोड्युलस देतात, जे मुळात ऑटोमोटिव्ह आणि विमान अनुप्रयोगांमध्ये आवश्यक आहेत. तर, ही साहित्याची काही उदाहरणे आहेत.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २०:०५)

आता आपण पाहू या की साहित्य कशामुळे महत्वाचे आहे, किंवा आपण त्यांना कसे इंजिनिअर करू शकता? तर, याला टेट्राहेड्रॉन असे म्हणतात, ज्यात चार भाग असतात, एक म्हणजे साहित्याची रचना आणि हे काय आहे? ही विशिष्ट व्याख्यान मालिका म्हणजे संरचना, परंतु रचना हा एक विस्तृत अर्थ आहे; संरचनेचे विविध अर्थ आहेत. त्यानंतर दुसरे म्हणजे यांत्रिक मालमत्ता, औष्णिक मालमत्ता, इलेक्ट्रॉनिक मालमत्ता, ऑप्टिकल मालमत्ता इत्यादी मालमत्ता. तिसरा म्हणजे प्रक्रिया, तुम्ही साहित्य कसे बनवता, आपल्याला हव्या असलेल्या विशिष्ट आकारात आणि आकारात आणण्यासाठी आपण सामग्रीवर प्रक्रिया कशी करता आणि नंतर कामगिरी करता. कामगिरी संरचनात्मक अनुप्रयोग, इलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोग इत्यादी अनुप्रयोगांशी संबंधित आहे.

तर, ते विविध प्रकारचे साहित्य वापरतात, ज्यात खूप भिन्न गुणधर्म आणि भिन्न कार्यक्षमता आहे. मग, तुम्ही त्यांना कसे बनवता? अशा विविध पद्धती आहेत ज्याद्वारे आपण पावडर प्रोसेसिंगसारखे साहित्य बनवू शकता, आपण पावडरपासून सुरुवात करू शकता आणि नंतर एक विशिष्ट घटक बनवू शकता, किंवा आपण वितळण्याच्या मार्गाने सुरुवात करू शकता, जे टाकावी लागेल. कास्टिंग नंतर, आपण रोलिंगसारखे आणखी काही यांत्रिक उपचार प्रदान करू शकता. साहित्यानुसार विविध प्रकारच्या प्रक्रिया पद्धती उपलब्ध आहेत.

आणि मग आपल्याकडे यांत्रिक गुणधर्म, विद्युत गुणधर्म, चुंबकीय गुणधर्म, औष्णिक गुणधर्म आहेत. तर, प्रश्न असा आहे की त्यांना कसे मोजायचे किंवा कसे तयार करायचे? आणि मग शेवटी आपल्याकडे रचना आहे. पदार्थाची रचना विविध तराजूकडे पाहिली जाते आणि एक म्हणजे स्थूल रचना. स्थूल रचना अगदी उघड्या डोळ्याने काहीतरी पाहण्यासारखी आहे. जर तुम्हाला त्याकडे थोडे अधिक तपशीलवार पाहायचे असेल तर वेगवेगळे थर कसे आहेत, काही पोरोसिटी आहे का, काही तडे आहेत का, जे उघड्या डोळ्याने दिसत नाही, तुम्ही मायक्रोस्ट्रक्चरकडे पाहता, तर तुम्ही मायक्रोस्कोपकडे जाता.

आणि जर तुम्ही सूक्ष्म संरचनेकडे पाहून खूश नसाल, जर तुम्हाला रचना अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घ्यायची असेल, तर तुम्हाला अणुरचनेकडे जावे लागेल याचा अर्थ तुम्हाला खरोखरच खूप चांगल्या तंत्राकडे जावे लागेल आणि मग तुम्हाला काही मॉडेलिंगदेखील करावे लागेल आणि जर तुम्हाला अणुरचनादेखील समजून घ्यायची असेल तर , गुणधर्म, जे एखाद्या साहित्यात निघते मग आपण इलेक्ट्रॉनिक संरचना पाहता.

इलेक्ट्रॉनिक रचना हा सामान्यत: मॉडेलिंगवर आधारित व्यायाम असतो. तर, सामग्रीची रचना आपण बोलत असलेल्या लांबीच्या प्रमाणावर अवलंबून असते आणि ती एक स्थूल रचना असू शकते; ही एक सूक्ष्म रचना असू शकते; ही एक अणुरचना, इलेक्ट्रॉनिक रचना असू शकते. तर, आपण मॅक्रोपासून मायक्रोपासून अणुते इलेक्ट्रॉनिककडे जाताना लांबीचे तराजू कमी होताना पाहू शकता. आणि हे साहित्य, संरचना, प्रक्रिया, कार्यक्षमता आणि गुणधर्म या चार गुणधर्मांचे संयोजन आहे, जे सामग्रीची क्षमता निश्चित करते.

म्हणून, दिलेल्या अनुप्रयोगासाठी, आपल्याला मालमत्ता ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे आणि आपल्याला प्रक्रिया ऑप्टिमाइझ करणे आवश्यक आहे, प्रक्रिया सोपी, स्वस्त आणि सोपी असणे आवश्यक आहे. गुणधर्म अर्जानुसार असले पाहिजेत आणि मालमत्तांवर संरचनेचा परिणाम होतो; प्रक्रियेमुळे संरचनेवर परिणाम होतो.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २३:५७)

आज विज्ञान, भौतिकशास्त्र आणि रसायनशास्त्र या समजुतीने आपण या साहित्याचे वर्गीकरण विविध वर्गधातू आणि मिश्रधातू, सिरॅमिक, प्लास्टिक, पॉलिमर आणि त्या श्रेणीतील इलास्टोमेर्स आणि संकरित किंवा संमिश्र ांमध्ये करू शकतो.

आता प्रश्न असा आहे की, या चौघांमध्ये काय फरक आहे? आपण या चार श्रेणींमध्ये सामग्रीमध्ये हे वर्गीकृत का करावे? मी तुम्हाला दाखवून दिले की एक मूलभूत कारण मालमत्तांमुळे आहे. तथापि, गुणधर्मांव्यतिरिक्त आणखी काहीतरी मूलभूत आहे, जे या सामग्रीची रचना निश्चित करणारी बंधन वैशिष्ट्ये आहेत.

(स्लाइड वेळ संदर्भित करा: २५:१८)

बाँडिंगवरील चर्चेकडे जाण्यापूर्वी मी तुम्हाला दाखवेन की साहित्याची रचना कशी महत्त्वाची आहे. तर, ही विविध लांबीच्या तराजूवरील साहित्याची रचना आहे. ही रचना उघड्या डोळ्याला दिसते, ज्याला स्थूल रचना म्हणतात, याचा अर्थ मानवी डोळ्याच्या निराकरणाच्या पलीकडे असलेल्या लांबीच्या तराजूचा अर्थ होतो. मायक्रोस्कोप ऑप्टिकल मायक्रोस्कोप असू शकतो; हे स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप असू शकते, जे आपल्याला मायक्रोन आणि काहीशे नॅनोमीटरपर्यंत गोष्टी सोडविण्यात मदत करू शकते. उदाहरणार्थ, हे तंतू किंवा छिद्रे विशिष्ट फॅशनच्या आत संरेखित असतात, जी येथे लांबीच्या प्रमाणामुळे उघड्या डोळ्याने दिसत नाहीत. तर, येथे हे लांबीचे प्रमाण काही मायक्रॉन किंवा सबमायक्रॉन असू शकते. हे डोळ्याने सोडवता येणार नाही आणि मग आपण ते आत ठेवणे आवश्यक आहे. तर, आपण काही शेकडो मायक्रोमीटर म्हणू या पेक्षा कमी, आपण त्याला मॅक्रो म्हणाल. जर तुम्हाला उच्च पातळीवर तपशीलाकडे जायचे असेल आणि मग आपण नॅनोस्केल किंवा अणुपातळीवर सामग्रीसाठी ची रचना अधिक पाहू शकता. तर, येथे ही सामग्रीची ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप प्रतिमा आहे, आपण पाहू शकता की आपण गोष्टी 0.5 एनएमपर्यंत सोडवू शकता, तो स्केल बार आपण पाहू शकता सुमारे 10 एनएम आहे. तर, आपण एका नॅनोमीटरच्या अर्ध्या पर्यंत गोष्टी सोडवू शकता. तर, याला योग्य काळजीपूर्वक इमेजिंग द्वारे नॅनो किंवा अणुरचना म्हणून म्हणतात. आपण एखाद्या सामग्रीमध्ये अणुव्यवस्था कमी करण्याचा प्रयत्न करू शकता. शिवाय, जर तुम्हाला हे अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घ्यायचे असेल, तर आपण ज्याला अणुसिम्युलेशन्स म्हणतो ते करणे आवश्यक आहे, जे आपल्याला सामग्रीच्या अणुरचनेबद्दल सांगते.

आता, या अणुसंरचना आहेत, ज्या अणुपातळीवर जाऊ शकतात, आपण इलेक्ट्रॉनिक म्हणू या आणि त्या आहेत. तर, हे टीईएमने केले होते. जर तुम्हाला १ एनएमच्या खाली जायचे असेल, तर तुम्ही मायक्रोस्कोपी करू शकत नाही आणि तुम्हाला सिम्युलेशन्स करणे आवश्यक आहे. तर, हे सिम्युलेशन ्स किंवा मॉडेलिंगद्वारे आहे.

तर, या चार स्तरांच्या रचना आहेत, ज्या एका साहित्यात असतात आणि या रचना समजून घेणे खूप महत्वाचे आहे कारण विविध गोष्टींचे वितरण काय आहे ते रचना कशा बनवल्या जातात? विविध गोष्टींचा आकार काय आहे? त्यांचे आकारशास्त्र काय आहे? ते अभिमुख आणि इतर विविध गोष्टी कशा आहेत? ते एखाद्या सामग्रीचे गुणधर्म काय आहेत हे ठरवतील आणि त्या मालमत्ता विशिष्ट अनुप्रयोगासाठी लागू तात्कालित ठरवतील आणि मुळात प्रक्रिया या संरचनेवर नियंत्रण ठेवते.

तर, म्हणूनच मी तुम्हाला टेट्राहेड्रॉन दाखवले, जे खूप महत्वाचे आहे. म्हणून, पुढील व्याख्यानात, आता आपण साहित्याच्या बंधनाबद्दल बोलू जेणेकरून बॉन्डिंग काय आहे आणि ते विशिष्ट बंधन आम्ही केलेल्या सामग्रीच्या वर्गीकरणाशी कसे संबंधित आहे याबद्दल थोडी कल्पना असेल. मग आपण या कोर्सकडे जाऊ, संरचनांचा अभ्यास करण्याच्या दृष्टीने, आपण प्रथम सर्वात लहान प्रमाणात सुरुवात करू आणि नंतर नंतर सर्वात मोठ्या प्रमाणात जाऊ.

धन्यवाद।